Способ формирования рельефных изображений

/ач ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт общей физики АН С(56) Патент США йф 4397938,кл. С 83 С 5/001983,(54)(57) 1. СПОСОБ ФОРРЕЛЬЕФНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ,селективное экспонирование полимерных реэистных пленок рентгеновскими (или электроннь 1 ми лучами с дальней- шим их проявлением, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения качества получаемого рельефного изображения, проявление осу- ществляют путем облучения вакуумным ультрафиолетовым излучением,2, Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что проявление осуществляют в присутствии киСлорода.1196796 1Изобретение относится к способамформирования рельефных иэображенийв полимерных материалах и можетбыть использовано в электроннойпромышленности, а также для регистрации рентгеновского и электронногоизлучения,Цель изобретения - повышение качества получаемого изображения и з.упрощение процесса формированиярельефного. изображения.Проявление вакуумным ультрафиолетом (ВУФ) полимерных резистныхпленок основано на эффекте замедления скорости травления в ВУФ участ" 15ков пленки, экспонированных рентгеновскими или электронными лучами,Замедление скорости травления (проявления) происходит за счет обра-.зования в полимере сшивок, количество которых зависит от дозы экспонирования. В присутствии кислородапроцесс проявления характеризуетсялйнейной зависимостью скоростипроявления (травления) от дозы экспонирования, так как в присутствиикислорода не происходит образования дополнительных сшивок молекулв полимерах под действием ВУФ, анаблюдается послойное стравливание 30(пропорционально дозе ВУФ), Эффектнаблюдается как для негативных,так и для позитивных резистов.Если процесс проявления вести ввакууме, то он будет характеризоваться логарифмической зависимостьюскорости проявления от дозы экспонирования. Таким образом, условияпроведения процесса проявления (на 40воздухе или в вакууме) можно выбирать, исходя из поставленных передэкспериментатором задач.На фиг,1 представлены зависимости скорости проявления ВУФ (Л 115" 4520 нм) в атмосфере кислорода ( навоздухе) от дозы экспонирования;на фиг.2 - схемы формирования рельефных изображений с частичным (б) иполным (8) проявлением,50На фиг.1 обозначены: зависимость 1 - экспонирование мягкимрентгеновским излучением (Л,0,83,0 нм) позитивного резиста - полиметилметакрилата (ПИМА); зануссимость 2 - экспонирование мягкимрентгеновским излучением (Л0,830 нм) негативного резиста - сопо" лимера гляциднлметакрилата и этил-,акрилата (ГМА-ЭА); зависимость 3 -экспонирование электронным лучом(энергия электронов Е = 20 кэВ) позитивного резиста - ПИМА; зависимость 4 - экспонирование электронным лучом (энергия электроновЕ20 кэВ) негативного резиста -ГМАЭА.Можно использовать и другие полимерные материалы для формирования рельефных изображений есливозможно получение соответствующихкалибровочных кривых проявления ВУФ.Способ формирования рельефныхизображений осуществляется следующим образом,Полимерную резистную пленку 5селективно экспонируют .через шаблон 6мягкими рентгеновскими или электронным лучами. Затем осуществляютпроявление вакуумным ультрафиолетовым излучением в атмосфере кислорода, (фиг.2 Ф ) в течение времени,которое определяют по калибровочнойкривой (фиг,1). Для каждого полимерного материала своя калибровочная кривая. Для формирования рельефного изображения можно использоватьрезистные пленки, сформированныена подложке 7, В этом случае подложку покрывают слоем резиста (например, центрифугированием) и сушат,Затем готовую резистную пленку, нанесенную .на подложку, селективноэкспонируют мягким рентгеном илиэлектронами и проявляют ВУФ (фиг,2 б),Селективное экспонирование электронами можно осуществлять без шаблона на электронно-лучевых установкахс управляемым лучом,П .р и м е р 1, Полимерный резист ПММА толщиной 1 мм экспонируют через шаблон с размерами окон1 х 1 мкм мягким рентгеновским излучением (Л. = 0,8 - 3,0 нм). Данныйспектральный диапазон выделяют изспектра синхронного излучения алюминиевым фильтром толщиной 1,1 мкм,Доза экспонирования Д = 15 Дж/смф.Затем скрытое иэображение шаблонапроявляют ВУФ (Л = 115-200 нм) вприсутствии кислорода (на воздухе)в течение = 100 мин (фиг,2 о ),В качестве источника мягкого рент"геновского излучения используют синхротрон с энергией электронов 577 МэВи радиусом орбиты 2 м, В качестве3 1источника ВУФ используют водороднуюлампу с электрической мощностью 40 Втс фильтром из М 8 Г. Полученноерельефное изображение наблюдаютс помощью растрового электронногомикроскопа.Таким образом, получают негативное изображение шаблона с размерами,точно соответствующими размерам. окон шаблонаРельефное изображениеимеет вертикальные стенки, т.е,уход геометрических размеров минимальный (о 0,1 мкм), Точность воспроизведения рисунка не хуже 0,1 мкм(определяется с помощью растровогомикроскопа),П р и м е р 2. На кремниевую подложку наносят слой полимерного резиста ПММА, толщиной 0,5 мкм иэкспонируют через шаблон с размерами окон 10 л 100 мкм мягким рентгеновским.излучением (Л =0,8-3,0 нм)Данный спектральный диапазон выделяют из спектра синхротронного излучения алюминиевым фильтром толщиной 1,1 мкм, Доза экспонированияД = 10 Дж/см . Затеи скрытое изображение шаблона проявляют ВУФ.Таким образом, получают негативное изображение, точно соответствую.щее рисунку шаблона. Кроме того,получают рельефное изображение распределения интенсивности рентгеновского излучения при экспонированиичерез шаблон, Точность воспроизведения рисунка не хуже О, 1 мкм,П р и м е р 3. На кремниевуюподложку наносят слой полимерного(негативного) резиста ГМА-ЭА толщиной 0,8 мкм и экспонируют анало 196796 1гично примеру 2Время, в течениекоторого проявляют скрытое иэображение, составляет 60 мин, Получаютнегативное изображение шаблона высокого качества и точно соответствующее рисунку шаблона (3" 0,1 мкм).П р и м е р 4На кремниевуюподложку наносят слой полимерного(позитивного) резиста ПММА толщиной 1 Ь 0,8 мкм и экспонируют через шаблон сразмерами окон 50 к 50 мкм электронами (энергия электронов Е=20 кэВ),АДоза экспонирования Д 310 Кл/смЗатем скрытое изображение проявляют 15 аналогична примеру 2 в течение60 мин, Экспонирование электронамипроводят на установке 2 ВМ, Источ"ник ВУФ тот же, что и в примере 1.Таким образом, получают. негативное изображение шаблона, точно соответствующее рисунку шаблона и высокого качества. Полученное иэображение наблюдают с помощью растрового микроскопа. Точность воспроиз ведения рисунка не хуже 0,1 мкм(определяется с помощью растровогоэлектронного микроскопа) .П р и м е р 5На кремниевую подложку наносят слой полимерного (негативного) резиста ГМА-ЭА толщиной0,8 мкм и экспонируют аналогичнопримеру 4. Время проявления в ВУФй = 60 мин, Получают негативноеизображение шаблона, точно соответствующее рисунку шаблона, Точность 35воспроизведения рисунка не хукеО, 1 мкм (определяется с помощьюрастрового электронного микроскопа). Предлагаемый способ может быть : использован для регистрации рентгеновского и электронного излучения, а такие во всех случаях, где требуется формирование рельефных иэоб" ражений высокого качества и точность получаемого рисунка.1196796Составитель А,ДобрыдиевТехред О.Неце Корректор А.Обручар Редактор А.Шандор Заказ 7561/44 Тирак 447 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4